الكوكب العنقاء.. علماء يرصدون عالمًا ربما وُلد من رماد نجمه الميت في اكتشاف مذهل

في هذا التقرير

• ماذا اكتشف العلماء؟
• لماذا سُمي الكوكب العنقاء؟
• ما هو HS 0209+0832؟
• ما هو القزم الأبيض؟
• كيف اكتشف العلماء الكوكب؟
• لماذا كان عنصر النيوبيوم مهمًا؟
• كيف يمكن أن يولد كوكب بعد موت نجمه؟
• كيف يمكن أن يكون شكل الكوكب؟
• هل يتبخر الكوكب الآن؟
• كيف حل هابل لغزًا عمره أكثر من 25 عامًا؟
• هل يمكن أن يحدث ذلك في نظامنا الشمسي؟
• ماذا سيحدث عندما تموت الشمس؟
• لماذا يعتبر الاكتشاف مهمًا؟
• الأسئلة الشائعة

علماء يرصدون كوكبًا ربما وُلد بعد موت نجمه

حدد علماء الفلك ما قد يكون أول مرشح معروف لكوكب من الجيل الثاني يدور حول قزم أبيض.

ويعرف النظام باسم HS 0209+0832.

وفي مركزه يوجد قزم أبيض شديد الحرارة، وهو البقايا النجمية الكثيفة التي تبقى بعدما يصل نجم إلى المراحل الأخيرة من تطوره.

لكن العلماء وجدوا شيئًا استثنائيًا في المادة التي تسقط على هذا النجم الميت.

فالتركيب الكيميائي للمادة لا يشبه الحطام الصخري للكواكب الذي يُرصد عادة حول الأقزام البيضاء.

وبدلًا من ذلك، ظهرت كميات مرتفعة بصورة غير عادية من عناصر مرتبطة بالمادة التي تنتج وتقذف خلال المراحل الأخيرة من حياة النجوم.

ووصل الباحثون إلى أن أحد أكثر التفسيرات إثارة هو وجود كوكب عملاق محتمل تشكل من المادة التي قذفها النجم نفسه أثناء موته.

لماذا أطلق عليه اسم الكوكب العنقاء؟

وُصف الاكتشاف باسم Phoenix Planet أو الكوكب العنقاء بسبب قصة نشأته غير العادية.

العنقاء في الأساطير مخلوق يولد من رماده بعد الموت.

ويبدو أن هذا الكوكب المحتمل مر بقصة مشابهة من الناحية العلمية.

فقد تقدم نجمه في العمر وتمدد ثم قذف كميات هائلة من مادته إلى الفضاء.

وبعد فقدان طبقاته الخارجية، بقي قلب النجم وتحول إلى قزم أبيض.

لكن جزءًا من المادة التي قذفها ربما تجمع مجددًا في قرص حول البقايا النجمية.

ومن داخل هذه المادة ربما وُلد كوكب جديد بالكامل.

وبمعنى آخر، ربما أصبحت نهاية مرحلة نجمية قديمة المادة الخام لولادة عالم جديد.

ما هو HS 0209+0832؟

النجم الموجود في قلب الاكتشاف يحمل الاسم HS 0209+0832.

وهو قزم أبيض ساخن وصغير العمر نسبيًا، بدرجة حرارة تقدر بنحو 35 ألف كلفن.

ويقدر عمر تبريده بنحو خمسة ملايين سنة.

قد يبدو هذا الرقم هائلًا بالنسبة للبشر، لكنه يجعل هذا القزم الأبيض شابًا للغاية بالمقاييس الفلكية.

يتكون غلافه الجوي بصورة رئيسية من الهيدروجين مع نسبة صغيرة من الهيليوم.

لكن وجود الهيليوم وعدد من العناصر الثقيلة حيّر العلماء، لأن هذه المواد لا يفترض أن تبقى في غلاف القزم الأبيض بهذه الصورة لفترة طويلة.

كان لا بد من وجود مصدر يزوده بهذه المواد باستمرار.

وهذا اللغز أصبح في النهاية مفتاح الاكتشاف.

ما هو القزم الأبيض؟

لفهم سبب غرابة هذا الاكتشاف، علينا أولًا معرفة ما هو القزم الأبيض.

النجوم التي تشبه الشمس في كتلتها لا تبقى كما هي إلى الأبد.

بعد قضاء مليارات السنين في إنتاج الطاقة، تبدأ في نهاية المطاف بالدخول في مراحلها الأخيرة.

ويتمدد النجم بصورة هائلة ليصبح عملاقًا أحمر.

وخلال المراحل النهائية يقذف جزءًا كبيرًا من طبقاته الخارجية إلى الفضاء.

أما ما يبقى فهو قلب نجمي ساخن وكثيف للغاية يعرف باسم القزم الأبيض.

ولا يستمر القزم الأبيض بإنتاج الطاقة من الاندماج النووي بالطريقة المعتادة للنجوم الرئيسية.

بل يبدأ بالتبرد تدريجيًا على فترات زمنية هائلة.

كيف اكتشف العلماء أدلة على الكوكب العنقاء؟

لم يُكتشف الكوكب بالطريقة التقليدية المستخدمة في اكتشاف كثير من الكواكب الخارجية.

بل اكتشف العلماء ما يشبه بصماته الكيميائية.

عندما يحلل علماء الفلك ضوء النجم باستخدام التحليل الطيفي، تترك العناصر الكيميائية المختلفة أنماطًا مميزة داخل الطيف.

وكان تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا قد رصد HS 0209+0832 قبل عقود.

وكشفت الملاحظات عن وجود الكربون والألمنيوم والسيليكون والكالسيوم والتيتانيوم والنيكل والزنك في الغلاف الجوي للقزم الأبيض.

لكن العلماء وجدوا أيضًا نحو 100 خط طيفي لم يتمكنوا من تحديدها في ذلك الوقت.

وظل اللغز دون حل لأكثر من عقدين.

أما التحليل الجديد فساعد على تحديد بصمات إضافية، من بينها الكشف المهم عن عنصر النيوبيوم.

ومن هنا بدأ الباحثون في تجميع أجزاء قصة استثنائية لمصدر هذه المواد.

لماذا كان عنصر النيوبيوم مفتاحًا للاكتشاف؟

إحدى أهم الأدلة كانت الوفرة غير العادية لعناصر أثقل من الحديد.

فالغلاف الجوي للقزم الأبيض غني بصورة كبيرة بعناصر من بينها الزنك والنحاس والنيوبيوم.

وفي الوقت نفسه، تظهر مستويات أقل من العناصر الصخرية المألوفة مثل السيليكون والحديد.

وهذا يختلف عن الحطام الكوكبي الذي يرصده العلماء عادة وهو يسقط على الأقزام البيضاء.

فالحطام الناتج عن الأجرام الصخرية من الجيل الأول غالبًا ما يشبه المواد الموجودة في نظامنا الشمسي.

أما البصمة الكيميائية حول HS 0209+0832 فتبدو مختلفة.

وبصورة خاصة، تشير وفرة العناصر الناتجة عن عملية الالتقاط البطيء للنيوترونات، المعروفة باسم s-process، إلى مادة تمت معالجتها داخل النجم خلال المراحل الأخيرة من تطوره.

كيف يمكن أن يولد كوكب بعد موت نجمه؟

تبدو الفكرة مستحيلة للوهلة الأولى، لكنها تتوافق مع مراحل معروفة من تطور النجوم.

في البداية يصل النجم الأصلي إلى المراحل الأخيرة من حياته.

ثم يتمدد إلى نجم عملاق ويقذف كميات كبيرة من مادته.

وفي النهاية يتحول قلبه إلى قزم أبيض.

لكن ليس من الضروري أن تهرب جميع الغازات والغبار المقذوفة من النظام إلى الأبد.

فقد تبقى بعض المواد مرتبطة بجاذبية النظام وتشكل قرصًا حول القزم الأبيض الجديد.

وفي الظروف المناسبة تبدأ المواد داخل القرص بالتجمع.

ومع مرور الوقت قد تنمو هذه التجمعات حتى تصبح كوكبًا جديدًا.

وهذا ما يعرف باسم كوكب من الجيل الثاني.

كيف يمكن أن يولد كوكب من الجيل الثاني؟

كيف يمكن أن يكون شكل الكوكب العنقاء؟

لم يتم حتى الآن تحديد خصائص الجرم بصورة مباشرة وكاملة كما يحدث مع كثير من الكواكب الخارجية المؤكدة، ولذلك لا تزال هناك تفاصيل مهمة غير معروفة.

لكن الأدلة المتوفرة تشير إلى أنه قد يكون كوكبًا غازيًا عملاقًا.

وتصف ناسا الجسم المحتمل في السيناريو المقترح بأنه عالم يقارب حجم كوكب المشتري.

كما رصد الباحثون إشارة ضوئية دورية تتكرر كل نحو 4.399 أيام.

ويقترح العلماء أن هذه الإشارة ربما تكون مرتبطة باختلاف الحرارة بين جانبي الكوكب، أو ربما بذيل يشبه ذيل المذنب ناتج عن المادة المتبخرة منه.

وهذا يعني أن الكوكب المحتمل قد يدور حول بقايا نجمه بسرعة هائلة مقارنة بكواكب مثل الأرض.

المفاجأة: الكوكب الجديد ربما يتبخر بالفعل

هناك جانب أكثر درامية في القصة.

إذا كان الكوكب المقترح موجودًا فعلًا، فإن النجم الميت الذي تشكل حوله ربما بدأ الآن بتجريد غلافه الجوي.

فالقزم الأبيض HS 0209+0832 لا يزال شديد الحرارة.

ويمكن لإشعاعه أن يسخن الكوكب العملاق القريب ويدفع الغازات الموجودة في غلافه الجوي إلى الهروب نحو الفضاء.

ويبدو أن جزءًا من تلك المادة يتجه بعد ذلك نحو القزم الأبيض.

ثم تسقط المواد في النهاية على سطحه.

وهذه العملية نفسها هي التي تسمح للعلماء بتحليل التركيب الكيميائي للمادة.

وبصورة مذهلة، ربما يكون القزم الأبيض الآن يلتهم جزءًا من كوكب تشكل أصلًا من المادة التي قذفها النجم نفسه.

هابل يحل لغزًا عمره أكثر من ربع قرن

أحد أكثر جوانب الاكتشاف إثارة هو أن البيانات الأساسية لم يتم جمعها كلها حديثًا.

فقد رصد هابل HS 0209+0832 باستخدام جهاز Space Telescope Imaging Spectrograph عام 1999.

وكشف الطيف فوق البنفسجي عن معادن ونحو 100 إشارة طيفية لم يتمكن العلماء من تفسيرها آنذاك.

وظلت البيانات محفوظة في الأرشيف العلمي لتلسكوب هابل.

وبعد أكثر من ربع قرن، عاد الباحثون إلى تلك الملاحظات مستخدمين معرفة وأدوات تحليل أفضل.

وتحولت الإشارات الكيميائية الغامضة القديمة إلى أدلة تشير إلى احتمال وجود نظام كوكبي من الجيل الثاني.

لماذا لم يفهم العلماء الأمر عام 1999؟

تغير علم الفلك بصورة هائلة منذ جمع ملاحظات هابل الأصلية.

في ذلك الوقت لم يكن العلماء يمتلكون الفهم الحالي لمدى شيوع وجود عناصر ثقيلة في الأقزام البيضاء نتيجة سقوط مواد من أنظمة كوكبية عليها.

وخلال العقود التالية اكتشف علماء الفلك العديد من الأقزام البيضاء التي تحتوي على معادن مصدرها كويكبات وكواكب وحطام كوكبي متفكك.

ووفرت تلك الاكتشافات إطارًا جديدًا لتفسير الطيف الغامض لـ HS 0209+0832.

لكن حتى عند مقارنته بتلك الأنظمة، بقي هذا القزم الأبيض مختلفًا.

فتركيبه الكيميائي لم يشبه المواد الصخرية الكوكبية المعتادة.

وهذا الاختلاف أصبح في النهاية أحد أقوى المؤشرات على أن العلماء ربما يشاهدون شيئًا جديدًا تمامًا.

هل يمكن أن يحدث الشيء نفسه في نظامنا الشمسي؟

يفتح الاكتشاف سؤالًا مذهلًا: هل يمكن أن يحدث شيء مشابه بعد وصول شمسنا إلى نهاية حياتها؟

من المتوقع أن تتطور الشمس في المستقبل البعيد إلى عملاق أحمر، ثم تترك وراءها قزمًا أبيض.

وخلال هذا التحول ستقذف كميات هائلة من المواد إلى الفضاء.

ويشير اكتشاف كوكب محتمل من الجيل الثاني حول HS 0209+0832 إلى أن المواد الناتجة خلال موت النجوم يمكن، في الظروف المناسبة، أن تشارك في تشكيل كواكب جديدة.

لكن ذلك لا يعني أن العلماء يتوقعون بالتأكيد تشكل كوكب جديد حول الشمس المستقبلية عندما تصبح قزمًا أبيض.

ما يوضحه النظام المكتشف هو أن هذا السيناريو ربما يكون ممكنًا من الناحية الفيزيائية.

ماذا يعني ذلك لمصير الأرض عندما تموت الشمس؟

اكتشاف الكوكب العنقاء لا يغير التوقعات العلمية الحالية حول المستقبل البعيد للأرض.

لا يزال أمام الشمس مليارات السنين من تطورها النجمي الطبيعي.

وفي النهاية ستتمدد بصورة هائلة خلال مرحلة العملاق الأحمر.

وسيواجه الجزء الداخلي من النظام الشمسي تغيرات ضخمة قبل أن تتحول الشمس في النهاية إلى قزم أبيض.

أما ما إذا كانت الأرض نفسها ستنجو من مرحلة العملاق الأحمر بصورة يمكن التعرف عليها، فهو سؤال منفصل عن إمكانية تشكل كواكب جديدة لاحقًا حول بقايا الشمس.

لذلك لا تكمن أهمية HS 0209+0832 في أنه يتنبأ بولادة أرض ثانية.

بل في أنه يكشف أن عملية تشكيل الكواكب ربما لا تنتهي دائمًا عندما يغادر النجم مرحلته الرئيسية.

لماذا قد يغير الاكتشاف فهمنا لتشكل الكواكب؟

تبدأ القصة التقليدية لتشكل الكواكب بنجم شاب.

يحيط بالنجم قرص من الغاز والغبار.

وتبدأ المواد الموجودة داخل القرص بالتجمع تدريجيًا لتشكيل الكواكب والأقمار والكويكبات والأجرام الأخرى.

وكان هذا هو الإطار المألوف لفهم أصل الكواكب.

لكن كواكب الجيل الثاني تضيف احتمالًا جديدًا.

فقد يتمكن النجم بصورة غير مباشرة من توفير مواد لتشكيل كواكب ليس فقط عند بداية حياته، بل حتى بعد وصوله إلى مراحله النهائية.

وقد تصبح بقايا حقبة كوكبية قديمة المواد الخام لحقبة جديدة.

وإذا اكتشف العلماء المزيد من هذه الأنظمة، فقد يصبح من الضروري النظر إلى بعض الأنظمة الكوكبية باعتبارها قادرة على المرور بأكثر من جيل من تشكل الكواكب.

هل هذا أول كوكب من الجيل الثاني يتم اكتشافه؟

تحتاج الإجابة إلى توضيح مهم.

سبق أن اشتبه العلماء في أن بعض الكواكب الغريبة حول النجوم النابضة ربما تكون قد تشكلت بعد أحداث نجمية عنيفة.

لكن اكتشاف HS 0209+0832 يمثل أول مرشح حول قزم أبيض يحمل بصمات كيميائية تشير إلى تشكله من مواد مرتبطة بموت نجمه.

والأقزام البيضاء أكثر شيوعًا بكثير من النجوم النابضة.

وهذا يجعل الاكتشاف مثيرًا بصورة خاصة، لأن أنظمة مشابهة قد تكون مختبئة في أماكن أخرى من مجرة درب التبانة.

هل توجد كواكب عنقاء أخرى في الكون؟

العثور على مرشح واحد يفتح فورًا سؤالًا جديدًا: كم عدد هذه العوالم الموجودة في الكون؟

يقترح الباحثون إمكانية البحث عن مرشحين آخرين من خلال دراسة الأقزام البيضاء الساخنة والبحث عن بصمات كيميائية غير معتادة.

وقد تكون الوفرة المرتفعة للكربون والعناصر الناتجة عن s-process من العلامات المهمة.

وتعد الملاحظات فوق البنفسجية مفيدة بصورة خاصة لأن العديد من هذه العناصر تنتج خطوطًا طيفية قوية في نطاق الأشعة فوق البنفسجية.

وإذا تمكن علماء الفلك من بناء عينة أكبر من هذه الأنظمة، فقد يستطيعون في المستقبل تحديد مدى شيوع تشكل كواكب الجيل الثاني وأنواع النجوم الأكثر قدرة على إنتاجها.

ما الذي لا يزال العلماء لا يعرفونه؟

رغم الإثارة الكبيرة حول الاكتشاف، لا تزال هناك أسئلة مهمة دون إجابات نهائية.

فالكوكب المحتمل لم يوفر بعد جميع القياسات اللازمة لتأكيد طبيعته بصورة كاملة.

ولا يزال العلماء بحاجة إلى فهم أفضل لكتلته وغلافه الجوي ومداره وتاريخ تشكله.

كما يجب اختبار تفسيرات أخرى محتملة للمادة الغريبة التي تسقط على القزم الأبيض.

وقد تساعد الملاحظات المستقبلية في تحديد ما إذا كانت الإشارة المتكررة كل 4.399 أيام مرتبطة فعلًا بمدار الكوكب أو بسلوك غلافه الجوي.

والأهم من ذلك أن اكتشاف أنظمة إضافية تحمل البصمة الكيميائية نفسها سيقوي فكرة أن تشكل كواكب الجيل الثاني حول الأقزام البيضاء ظاهرة حقيقية وليست حالة استثنائية واحدة.

الأسئلة الشائعة